桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案.ppt
主要内容n桥梁电算的内容及施工方法确定桥梁电算的内容及施工方法确定n桥梁单元划分桥梁单元划分n施工计算阶段的确定施工计算阶段的确定n预应力钢束的输入预应力钢束的输入n桥梁计算结果的复核桥梁计算结果的复核桥梁电算的内容及施工方法确定n桥梁电算的内容恒载内力恒载内力活载内力活载内力支座沉陷、温度变化引起的附加内力支座沉陷、温度变化引起的附加内力预应力预应力变形变形应力应力桥梁电算的内容及施工方法确定n施工方法支架法、悬臂施工法、缆索吊装法等n特别提醒:不同的施工方法对桥梁的最终内力的影响是不相同的。n施工方法：悬臂施工n节段划分：根据挂篮设计重量确定节段长度，通常为35mn合龙段：一般为2mn现浇段：根据底板预应力束锚固位置划分长度桥梁单元划分杆件相交处杆件相交处截面突变处截面突变处连接处为铰（包括主从节点）连接处为铰（包括主从节点）施工阶（节）段的分界点施工阶（节）段的分界点约束位置（临时约束、永久约束等）约束位置（临时约束、永久约束等）需要输出的截面影响线位置需要输出的截面影响线位置施工阶段单元与节点结构离散应遵循的原则 符合实际结构的构造与受力特点，反映结符合实际结构的构造与受力特点，反映结构的真实受力（必要时需引入刚臂）；构的真实受力（必要时需引入刚臂）；离散后应保持几何不变体；离散后应保持几何不变体；本构关系应反映材料的性质。本构关系应反映材料的性质。刚臂单元及其应用 适用场合节点连接处有一个刚性域（如桁架拱，节点连接处有一个刚性域（如桁架拱，P30）几个杆件的节点不能重合在一起（如连续刚几个杆件的节点不能重合在一起（如连续刚构桥中的零号块域桥墩，见教材构桥中的零号块域桥墩，见教材P31）注意：在有限元分析中，是用杆件的形心来表示单元的。桥梁博士处理方法：采用相同的节点编号，采用相同的节点编号，不同的节点坐标，程序自动处理为刚臂。不同的节点坐标，程序自动处理为刚臂。刚臂单元应用举例连续刚构桥模型连续梁桥模型施工计算阶段确定 1、连续刚构桥悬臂施工主要过程n施工过程：浇筑桥墩、施工0#块（连续梁桥临时锚固）、拼装挂篮、浇筑1#块混凝土、张拉预应力钢束、移动挂篮、浇筑2#块、张拉预应力钢束（中间某个时段支架施工边跨现浇）直至悬臂施工完成、边跨合拢、中跨合拢、施工桥面系。施工计算阶段确定 2、施工阶段的划分 对1个混凝土阶段，实际包括：移动挂篮（拆除挂篮、安装挂篮）、挂篮加载、挂篮转移锚固（预应力张拉）3个过程。注意：在第一个节段，只有挂篮安装，无挂篮拆除。根据以上1、2两点，即可确定施工计算阶段数。预应力钢束的计算 步骤步骤1：按照预定的施工过程，计入挂篮，模拟施工过程，：按照预定的施工过程，计入挂篮，模拟施工过程，计算各个截面的内力；计算各个截面的内力；步骤步骤2：计算活载和其它影响下的内力；：计算活载和其它影响下的内力；步骤步骤3：荷载组合；：荷载组合；步骤步骤4：根据规范要求，估算出各个截面的预应力束数；：根据规范要求，估算出各个截面的预应力束数；步骤步骤5：计算有效预应力；：计算有效预应力；步骤步骤6：预应力布束（需满足间距、最小弯曲半径的要：预应力布束（需满足间距、最小弯曲半径的要求）；求）；步骤步骤7：分别验算各个截面的应力，当不满足时，调束，：分别验算各个截面的应力，当不满足时，调束，重复步骤重复步骤5、6、7。预应力钢束的输入 方法：导线点法、非导线点法 参考点的选取：以方便输入为基本原则 竖弯束：照例输入 平弯束：照例输入 空间束：竖弯、平弯同时进行。要求：竖弯、平弯的特征点x坐标一致。拱桥计算方法 手册法 有限元法拱桥计算步骤 细化构造尺寸细化构造尺寸 将拱、拱上建筑离散为杆系单元，注意将拱、拱上建筑离散为杆系单元，注意刚臂单元、主从节点的合理应用刚臂单元、主从节点的合理应用 计算恒载内力计算恒载内力 计算活载内力：汽车、人群、温差、地计算活载内力：汽车、人群、温差、地基沉陷等基沉陷等 内力组合，截面强度、稳定性内力组合，截面强度、稳定性拱桥计算步骤 施工阶段的计算与主拱材料、施工方法施工阶段的计算与主拱材料、施工方法有关有关1)石拱桥，只需验算裸拱状态下的内力石拱桥，只需验算裸拱状态下的内力2)缆索吊装的钢筋混凝土拱桥，应验算安装阶段缆索吊装的钢筋混凝土拱桥，应验算安装阶段的主拱承载力的主拱承载力3)钢管拱，需要验算其承载力、稳定钢管拱，需要验算其承载力、稳定 绘制构造图绘制构造图拱桥单元划分原则 遵循前面的离散原则 控制截面（拱脚、L/8、L/4、3L/8、拱顶等）其他（若有）注意事项施工计算阶段确定 施工过程：主拱圈施工、拱上立柱、吊杆横梁施工、桥面系施工等。施工阶段：n粗略：按以上施工过程划分；n精细：以上施工过程再细分。结果的复核 技巧：技巧：n 先定性判断，再定量分析；n 分段建模，逐渐增加单元；n 图形显示；n 善于判断，善于总结；n 先运行桥博自检。常见错误：常见错误：n 约束自由度不够或多余；n 临时约束不恰当施加、拆除；n 施加单元错误；n 预应力施加错误；n 荷载施加错误。斜拉桥计算步骤 细化截面尺寸细化截面尺寸 确定施工方法（前支点挂篮、后支点挂确定施工方法（前支点挂篮、后支点挂篮）篮）计算自重、活载作用下斜拉索成桥索力计算自重、活载作用下斜拉索成桥索力 反算斜拉索初始张拉索力反算斜拉索初始张拉索力 模拟施工过程，进行前进分析模拟施工过程，进行前进分析 验算、绘图验算、绘图（三）主梁作用效应组合 最后将永久作用和几种可变作用按桥规规定组合起来，以求得各个控制截面的最大弯矩和最大剪力值。按桥规4.1.6条规定，承载能力极限状态的基本组合，其公式为1.21.2*恒荷载恒荷载+1.4+1.4*汽车荷载汽车荷载1.21.2*恒荷载恒荷载+1.4+1.4*汽车荷载汽车荷载+0.8+0.8*1.41.4*人群荷载人群荷载1.21.2*恒荷载恒荷载+1.4+1.4*汽车荷载汽车荷载+0.7 0.7*（1.41.4*人群荷载人群荷载+1.1+1.1*风荷载）风荷载）1.21.2*恒荷载恒荷载+1.4+1.4*汽车荷载汽车荷载 +0.6+0.6*（1.41.4*人群荷载人群荷载+1.1+1.1*风荷载风荷载+1.4+1.4*土压力）土压力）1.21.2*恒荷载恒荷载+1.4+1.4*汽车荷载汽车荷载+0.5+0.5*（1.41.4*人群荷载人群荷载 +1.1+1.1*风荷载风荷载+1.4+1.4*土压力土压力+1.4+1.4*汽车制动力）汽车制动力）按桥规4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用短期效应组合,其公式为：按桥规4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用长期效应组合,其公式为：三.预应力钢束的估算及其布置 根据公预规规定，预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。（一）跨中截面钢束的估算和确定 1.按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数 对于简支梁带马蹄的T形截面，当截面混凝土不出现拉应力控制是，则钢束数n的估算公式：式中：持久状态使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值 与荷载有关的经验系数，对于公路二级，取用0.565 一股钢绞线截面积1()KPp KsPMnCAfkeKM1CPA2.按承载能力极限状态估算钢束数 根据极限状态的应力计算图式，受压区混凝土达到极限强度 ,应力图式呈矩形，同时预应力钢束也达到设计强度 ,则钢束数的估算公式为：式中：承载能力极限状态的跨中最大弯矩 经验系数，一般采用0.750.77 预应力钢绞线的设计强度dpdPMnhfAdMpdfcdfp df针对新规范关于荷载组合的处理 承载能力极限状态组合：组合I：基本组合，按规范JTG D60-2004第4.1.6条规定；组合IV：撞击组合，按规范JTG D60-2004第4.1.6条规定；组合VI：地震组合；其余组合不用。正常使用极限状态内力组合：组合I：长期效应组合，按规范JTG D60-2004第4.1.7条规定；组合II：短期效应组合，按规范JTG D60-2004第4.1.7条规定；组合V：施工组合；其余组合不用。针对新规范关于荷载组合的处理 应力组合：组合I：长期效应组合，按规范JTG D60-2004第4.1.7条规定；组合II：短期效应组合，按规范JTG D60-2004第4.1.7条规定；组合III：标准组合，所有应力组合时各种荷载的分项组合系数都为1.0，参与组合的荷载类型为规范JTG D60-2004第4.1.7条中短期效应组合中规定的所有荷载类型；组合IV：撞击组合；组合V：施工组合；组合VI：不用。六.主梁截面承载力与应力验算 （一）持久状况承载能力极限状态承载力验算 在承载能力极限状态下，预应力混凝土梁沿正截面和斜截面都有可能破坏，应验算以下两类截面的承载力。1.主截面承载力验算确定混凝土受压区高度验算正截面承载力 按公预规5.2.2条，其公式为：式中：桥梁结构的重要性系数，按公预规5.1.5条取用002dc dfxMfbh0验算最小配筋率 按公预规9.1.2条规定，其公式为：2.斜截面承载力验算（1）斜截面抗剪承载力验算 公预规5.2.6条规定为:距支座中心h/2处截面受拉区弯起钢筋起点处截面锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面箍筋数量或间距改变处的截面构件腹板宽度变化处的截面（2）斜截面抗弯承载力验算（二）持久状况正常使用极限状态抗裂验算 长期以来，桥梁预应力构件的抗裂验算，都是以构件混凝土的拉应力是否超过规定的限值来表示的，分为正截面抗裂和斜截面抗裂验算。1.正截面抗裂验算 据公预规6.3.1条，其公式为：2.斜截面抗裂验算据公预规6.3.1条，其公式为：（三）持久状况构件的应力验算 按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过规范规定的限制。计算时荷载取其标准指，汽车荷载应考虑冲击系数。1.正截面混凝土压应力验算 据公预规7.1.5条，其公式为：式中：在作用标准效应组合下混凝土的法向压应力，按下式计算：由预应力产生的混凝土法向拉应力，按下式计算：标准效应组合的弯矩值0.5k cp tc kf11gkgk cn so sMMMWWpPptnnsNMAWkcptkM2.预应力筋拉应力验算 据公预规7.1.5条，其公式为：式中：预应力筋扣除全部预应力损失后的有效预应力 在作用标准效应组合下受拉区预应力筋产生的拉应力，按下式计算：分别为钢束重心到截面净轴的距离，即 在作用标准效应组合下预应力筋重心处混凝土的法向拉应力 预应力筋与混凝土的弹性模量比0.6 5p cpp kf11kgogk cnoMMeMII,nnxiooxieya eyapE pk tpcp,noe ektE p3.截面混凝土主压应力验算 按公预规7.1.6条，其公式为：式中：有作用标准效应组合和预应力产生的混凝土主压应力，按下式计算：式中：在计算主应力点，由荷载标准组合和预应力产生的混凝土法向应力 在计算主应力点，由荷载标准组合和预应力产生的混凝土剪应力0.6cpckf2211124()c xc xc ppKgPc xnOnnOgnkgOnnonNMMMyYAIIVSVVSVSIbIbIbcpcx（四）短暂状况构件的应力验算 桥梁构件的短暂状况，应计算其在制作、运输及安装等施工阶段混凝土截面边缘的法向应力。1.预加应力阶段的应力验算 据公预规7.2.8条，施工阶段正截面应力应符合下列要求：式中：预加应力阶段混凝土的法向压应力、拉应力，按下式计算：与构件制作运输安装各施工阶段混凝土立方体抗压强度 相应的抗压强度抗拉强度标准值0.70.7tcccktctt kff11pogtPoc cnnxnxnxpogtPoc tnnxnxnxNMMyWWWNMMyWWW,ttccct,cktkff 十.行车道板计算 行车道板可按悬臂板（边梁）和两端固结的连续板（中梁）两种情况计算。（一）悬臂板荷载效应计算 由于宽度比大于2，故按单向板计算其悬臂长度。1.永久作用 2.可变作用 3.承载能力极限状态作用基本组合 （
